食品来源降血糖肽的机制解析、计算预测与酶解制备

《Food Bioscience》：Mechanistic Insights, Computational Prediction, and Enzymatic Production of Food-Derived Glucose-Lowering Peptides

　　

•降糖肽的作用机制不仅限于DPP-IV，还涉及多靶点调控。•酶抑制基序区别于信号驱动的活性模式。•评估了机器学习预测模型的数据泄露风险及从食物蛋白中释放的可能性。•指纹图谱引导的水解将光谱学与LC-MS/MS标记肽相结合。•证据根据机制特异性和实验背景进行解读。引言食物衍生肽在血糖调控方面的研究已从广泛的抗糖尿病筛选进展到以明确分子靶点为中心的研究。然而，机制解读仍缺乏一致性。高血糖的发生涉及肠道碳水化合物消化、肠促胰素降解、胰腺β细胞功能、外周葡萄糖处置、肝脏葡萄糖产生、氧化应激、炎症以及肠道与代谢器官之间的通讯等多个环节的协同紊乱。二肽基肽酶IV（DPP-IV）抑制剂、α-葡萄糖苷酶抑制剂、促进葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）转位的肽以及保护β细胞免受氧化损伤的肽并不代表同一类型的活性（Jahandideh等人，2022年）。批判性评估需区分直接酶抑制、通路相关的细胞效应、全身性血糖结局以及间接抗氧化或肠道介导的作用。目前最直接的机制证据主要涉及位于肠腔内或细胞表面的靶点。DPP-IV具有明确表征的催化口袋，胞外可及，并直接灭活胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）。DPP-IV抑制性食物肽通常在N-末端附近富集脯氨酸（Pro）、丙氨酸（Ala）、支链、疏水或芳香族残基（Nongonierma等人，2019年）。胰腺α-淀粉酶和刷状缘α-葡萄糖苷酶决定了膳食碳水化合物转化为可吸收葡萄糖的速率，若干食物肽通过芳香族、疏水、极性、带电或含Pro残基的组合来抑制这些酶。这些靶点对食物肽尤为相关，因为活性序列可能在消化后在肠腔内或上皮表面局部发挥作用（Mu等人，2024年）。令人信服的解读依赖于哺乳动物酶、动力学分析、模拟消化、上皮模型和餐后测试，而不仅仅是酵母α-葡萄糖苷酶测定。涉及细胞内信号传导的主张需要更具体的机制证据。外周葡萄糖摄取依赖于胰岛素受体/胰岛素受体底物1和2（IRS1/2）/磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt/AS160/GLUT4信号通路以及AMPK介导的通路（Hamadou，2025年）。肝脏葡萄糖产生受FoxO1、PEPCK、G6Pase、糖原合酶、GSK-3β、AMPK、SIRT1、线粒体能量状态和炎症信号调控。β细胞保护和肠道介导的调控涉及氧化应激、Nrf2、NF-κB、NLRP3、上皮紧密连接、短链脂肪酸、胆汁酸信号、GLP-1分泌以及微生物代谢物。食物肽可能通过局部肠道作用、消化过程中产生的片段、改善氧化还原平衡或减轻炎症间接影响上述多种结局。只有在证明细胞摄取、通路扰动或靶点结合的情况下，直接细胞内靶点的主张才是可信的。活性氧或细胞因子水平的降低本身不足以支持广泛的抗糖尿病定位。计算越来越多地被用于识别血糖调控肽。基于序列的预测模型如iDPPIV-SCM、StackDPPIV、StructuralDPPIV、AntiDMPpred、ADP-Fuse、AntiT2DMP-Pred和BertADP，现已与虚拟蛋白水解、分子对接、肽语言模型和靶点条件序列生成相结合（Basith等人，2025年；Basith等人，2023年；Charoenkwan等人，2020年；Charoenkwan等人，2022年；Chen等人，2022年；Wang等人，2024年；Xie等人，2025年）。核心难点不仅在于对序列进行排序，还在于将每个预测归属到明确的机制和证据基础。有用的肽记录应包括序列、母蛋白、蛋白酶和水解条件、测定体系、活性值、分子靶点、丰度、消化稳定性、细胞毒性、感官特性、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）可追溯性以及实验验证类型。当高度相关序列或同源蛋白片段同时出现在训练集和测试集中时，随机训练-测试拆分可能高估性能。序列聚类拆分、源蛋白感知分区、明确定义的负数据和外部验证更适合模型评估。相关文献通过Web of Science核心合集和PubMed检索，检索词组合涉及食物衍生或生物活性肽、血糖调控、DPP-IV、α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、肠促胰素信号、葡萄糖摄取、AMPK/PI3K/Akt/GLUT4信号、肝脏葡萄糖代谢、β细胞功能、氧化和炎症应激、肠道介导效应以及酶水解。主要文献检索覆盖至2026年3月的出版物，无预设日期下限。在稿件修改期间，也考虑了在此截止日期之后发表的部分相关出版物。考虑了报告食物衍生肽或含肽水解物及明确血糖调控靶点或机制相关终点的研究，而缺乏明确肽相关或葡萄糖相关基础的研究则排除在主要证据之外。证据根据实验背景和机制特异性进行解读，区分直接靶点证据与通路相关和间接/支持性证据。直接靶点证据需要实验证明的靶点特异性效应，如酶抑制、结合或靶点结合；通路相关证据指功能或信号反应但未证明直接肽-靶点相互作用。间接/支持性证据包括相关的抗氧化、抗炎或肠道相关效应，但不独立确立血糖调控机制；除非实验验证，否则计算预测被视为假设生成性。尽管取得了快速进展，但仍有几个挑战限制了食物衍生降糖肽的解读和转化。直接酶抑制、通路相关的细胞反应和间接/支持性效应往往未能清晰区分，这可能导致过于宽泛的机制主张。实验证据在酶测定、细胞模型、动物研究和计算预测之间也存在显著差异。此外，预测的肽活性并非总是与消化稳定性、肽从母蛋白中的释放以及肽水平的实验验证一起考虑。这些差距使得将靶点特异性肽发现与实际的酶法生产和生物学相关结局联系起来变得困难。因此，本综述旨在通过将明确的生物学靶点与肽特异性序列特征、实验证据、计算预测和酶法释放联系起来，将血糖调控生物学与食物衍生肽发现和整合。机制映射用于区分直接靶点证据与通路相关和间接/支持性效应。讨论了DPP-IV抑制、碳水化合物消化酶抑制、葡萄糖摄取、肝脏葡萄糖调控、β细胞保护、氧化还原-炎症效应和肠道介导调控的残基水平序列特征。评估了计算预测和靶点条件设计，并关联到实验验证和释放可行性，同时检查了乳制品、海洋、昆虫、豆类和谷物及其他植物蛋白作为靶向酶水解和肽富集的储库。最后，考虑了包括指纹图谱-活性建模、LC-MS/MS标记监测和闭环水解控制在内的过程分析方法来将水解条件与肽生成及机制匹配的生物活性联系起来。章节摘录与食物衍生肽发现相关的血糖调控靶点高血糖通过肠道碳水化合物消化、肠促胰素信号、胰腺β细胞功能、外周胰岛素敏感性、肝脏葡萄糖产生、氧化还原和炎症平衡以及肠道与代谢组织之间的通讯的紊乱而发展。淀粉快速水解增加了可供肠道吸收的葡萄糖量。GLP-1和GIP的加速降解削弱了肠促胰素依赖的胰岛素分泌。骨骼肌中的胰岛素抵抗...食物衍生降糖肽中的序列特征与靶点相互作用当从实验验证的肽-靶点相互作用而非广泛的抗糖尿病标签中推导序列特征时，降糖肽的鉴定更具信息量。抗糖尿病药物和其他明确表征的小分子可以通过识别临床相关的催化口袋、受体、转运系统、信号通路和生理结局，提供有用的结构和机制背景。这些参考化合物有助于框定...降糖肽的计算设计与预测用于降糖肽发现的计算方法涉及不同的问题，因此应分别考虑。基于序列的分类模型估计现有肽是否属于预定义的活性类别，而分子对接和分子动力学主要用于优先排序可能的肽-靶点相互作用。语言模型可作为分类的序列表征，或可调整为序列生成。基于基序的酶法释放与从食物蛋白中富集降糖肽降糖肽的制备取决于三个相关因素：母蛋白中存在相关序列、蛋白酶能够在不过度切割的情况下释放活性区域，以及使释放的肽得以富集的分离特性。DPP-IV抑制性肽通常较短且富含Pro、Ala、支链、疏水或芳香族残基。据报道抑制α-葡萄糖苷酶或α-淀粉酶的肽显示出更广泛的芳香族...降糖肽生产中酶水解的指纹图谱引导控制拟议方案酶水解涉及底物展开、肽键断裂、肽序列的释放和积累、二次切割以及最终的水解过度。水解时间、水解度、可溶性氮和总肽产量描述了整体蛋白质转化，但未确定特定的DPP-IV抑制剂、消化酶抑制剂、葡萄糖摄取相关肽或氧化还原活性片段何时达到最高浓度或活性。过程分析...结论与未来展望食物衍生降糖肽可以在机制框架内根据靶点直接性和实验背景进行组织。DPP-IV和碳水化合物消化酶抑制剂代表了最直接的且实验可及的靶点类别。与葡萄糖摄取、肝脏葡萄糖输出、β细胞保护、氧化还原-炎症抑制和肠轴调节相关的肽代表通路链接类别，其机制归属取决于多终点细胞...作者贡献声明（CRediT）杨西明：可视化、监督。马晓宇：撰写—原稿、可视化、调查、概念化。吴龙：可视化。桑雪：可视化。刘欣然：可视化、监督。杜明：撰写—审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。程淑珍：撰写—审阅与编辑、监督、资金获取、概念化未引用参考文献Chao和Jongkees，2019年；Fadimu等人，2022年；Karasov和Caviedes-Vidal，2021年；Nongonierma和FitzGerald，2019年；Zhang等人，2024年。利益冲突声明作者确认他们与本手稿中描述的工作没有任何利益冲突。生成式AI使用声明本文仅使用基于GPT-5.5思维模型的OpenAI ChatGPT进行语言优化。该工具未用于生成原始数据、创建图表或替代作者的学术判断。所有由人工智能辅助的修改均经过作者严格审查，作者对手稿内容承担全部责任。利益冲突声明? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。致谢本研究得到了大连高层次创新人才团队项目（2023RG005）和兴辽人才计划（XLYC2403202）的支持。感谢BioGDP.com提供绘图协助。马晓宇 | 杨西明 | 刘欣然 | 桑雪 | 吴龙 | 程淑珍 | 杜明